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隨著工業4.0的推進，人類生活邁入智慧科技的世代，得以享受便利且舒適的生活。然而，在智慧科技的齒輪轉動下，伴隨而來的卻是我們對能源使用的依賴加深，舉凡現今人手一台智慧手機、路上的智慧路燈等，生活中使用到電力的地方比比皆是，而這些電能的使用皆來自各式能源。現今各國的能源使用與社會討論的能源議題，通常都離不開「核能」，那麼對於核能與核電我們到底了解多少？又該如何運用科學客觀理解社會對執行核能的疑慮？我們「何得核能」同時面對未來智慧世代與進步生活的美好追求，又能夠建構下一代的能源願景？

核能的產生─核分裂與核融合

在被稱為物理奇蹟年的1905 年，愛因斯坦提出質能互換方程E=mc²，說明質量與能量可互換。核反應中虧損的質量會以能量方式釋放出來，雖然不合乎質量守恆律，但仍遵守能量守恆定律。核反應可分為來自太陽內部進行的「核融合」（nuclear fusion），以及核能發電與原子彈的「核分裂」（nuclear fission）。

1919年，德國科學家漢恩（Otto Hahn）發現，以中子撞擊鈾－ 235（uranium-235, U），會使原子核分裂成鋇（barium, Ba）和氪（krypton, Kr）與3個中子，此核反應所減少的微小質量根據愛因斯坦的質能互換，將會轉變成巨大能量釋放出來（圖一）。

圖一：鈾－ 235 核分裂反應的其中一種，產生的中子進行連鎖反應。
鈾－ 235被中子撞擊後，吸收了一個中子，後續再分裂為氪－ 92（krypton-92）、鋇－ 141（barium-141）、3 個中子， 以及能量。

當原子核受到外來粒子撞擊，或自發性的分裂成若干個較小的原子核就稱為核分裂，通常發生在原子序較大的原子核，例如鈾－ 235 或鈽－ 239（plutonium-239, Pu）。

事實上，天然鈾礦中的鈾－ 235 含量約為0.7％，因此需要經過提煉純化到濃度3％以上，才能持續有效進行核分裂，或是運用天然含量99％的鈾－ 238 獲得一個中子後，再經過兩次B衰變獲得鈽－ 239。當鈾－ 235 濃度夠高時，核分裂反應伴隨產生的中子，又會再撞擊其他的鈾－ 235，進而產生更多中子來進行下一次反應，這種自我持續不斷的反應稱為連鎖反應（chain reaction），而能產生連鎖反應所需要的最小燃料質量，稱為臨界質量（critical mass），臨界質量的大小與濃度及形狀有關，若為球形並外加中子反射層，且內含高濃度鈾－ 235 的情況下，其臨界質量可縮小為15 公斤。……【更多內容請閱讀科學月刊第625期】